控制LED灯和蜂鸣器的按键实验

描述

本喵这次介绍的实验是按键实验，同样使用STM32F103ZE型号的芯片，在开发板上有4个按键，实验目的是每按一个按键就会让LED灯或者是蜂鸣器的工作状态发生反转，下面本喵来详细介绍。

用到的相关寄存器

GPIO

IO口在单片机的使用中是最多的，此次实验用到了LED灯，蜂鸣器，以及3个按键，所以也使用到了IO口。

IDR

叫做端口数据输入寄存器（GPIOX_IDR），读取它的信息就能获得IO口上的状态，是作输入使用的。

这是它每一位的对应关系，可以看到，IDR寄存器是一个32位的寄存器，但是只有低16位在使用，而且是只读类型的，高16位保留，如果读的话结果就是0。低16位从0到15对应的该组IO口标号从0到15引脚上的数据信息，而且只能以16位的形式读取数据。

ODR

LED灯和蜂鸣器的使用会用到端口数据输出寄存器（GPIOX_ODR），在跑马灯实验中曾详细介绍过GPIO里一些寄存器的使用，有兴趣的小伙伴可以移步到跑马灯实验这篇文章中参考一下。

RCC

时钟的配置是使用任何一个外设都要设置的，这里也不例外，同样在跑马灯实验这篇文章中讲述过时钟使能的配置。

确定位置

LED灯

LED0与PB5相连，LED1与PE5相连，详情参考跑马灯实验这篇文章。

蜂鸣器

我们来看开发板原理图。

可以将BEEP看作是蜂鸣器，它与PB8相连。

这是它的具体电路，当BEEP是低电平时，蜂鸣器不会响，当BEEP是高电平时，通过三极管的放大作用，就会使蜂鸣器发出响声。

按键

可以看到，按键KEY0与PE4相连，按键KEY1与PE3相连，按键KEY2与PE2相连。

按键WK_UP与PA0相连。

根据按键的电路图可以发现，KEY0，KEY1，KEY2这三个按键的另一端是和地相连接的，也就是当按键按下去时是低电平，未按下时是高电平，所以这3个键采用上拉输入模式。
WK_UP键的另一端连接的是3.3V的高电平，当键按下去时是高电平，未按下时是低电平，所以采用下拉输入模式。

程序及分析

不支持连续按

当有键按下并且没有松开，只作一次键输入，不当作连续输入。
led.h中的代码

#ifndef __LED_H
#define __LED_H

void LED_Init(void);

#endif

led.c中的代码

#include "stm32f10x.h"//顶级头文件引用
#include "led.h"

void LED_Init()
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;//创建GPIO结构体变量
	
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_GPIOE,ENABLE);//PB组和PE组IO口时钟使能
	
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;//推挽输出
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_5;//引脚5
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;//输出最大速度是50MHZ
	
	GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStruct);//PB5初始化
	GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);//PB5初始化为高电平，LED0灭
	
	GPIO_Init(GPIOE,&GPIO_InitStruct);//PE5初始化
	GPIO_SetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5);//PE5初始化为高电平，LED1灭
}

beep.h中的代码

#ifndef __BEEP_H
#define __BEEP_H

void BEEP_Init(void);

#endif

beep.c中的代码

#include "stm32f10x.h"//顶级头文件引用
#include "beep.h"

void BEEP_Init()
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;//创建GPIO结构体变量
	
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);//在LED初始化函数中已经将PB组IO口使能过了，这里可以不使能
	
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;//推挽输出
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_8;//引脚5
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;//输出最大速度是50MHZ
	
	GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStruct);//PB8初始化
	GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_8);//PB5初始化为低电平，蜂鸣器不响
}

key.h中的代码

#ifndef __KEY_H
#define __KEY_H
#include "stm32f10x.h"//引用顶级头文件
#include "sys.h"//使用位带操作的头文件
#define KEY0 GPIO_ReadInputDataBit(GPIOE,GPIO_Pin_4)
#define KEY1 GPIO_ReadInputDataBit(GPIOE,GPIO_Pin_3)
#define KEY2 GPIO_ReadInputDataBit(GPIOE,GPIO_Pin_2)
#define WK_UP GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_0)//宏定义按键名就是IO的值

#define KEY0_PRES 1
#define KEY1_PRES 2
#define KEY2_PRES 3
#define WK_UP_PRES 4//定义键按下后返回的值

#define LED0 PBout(5)
#define LED1 PEout(5)
#define beep PBout(8)//使用位带操作加宏定义，直接对硬件名字进行操作

void KEY_Init(void);

uint8_t KEY_Scan(void);//键盘扫描函数
#endif

这里充分使用了宏定义，将每个硬件的名字都赋予了意义，在主程序中直接对硬件名字操作以及使用就可以。
为了方便改变LED灯以及蜂鸣器的状态，我们使用位带操作的方法，这样就可以直接对LED灯以及蜂鸣器的状态进行取反。
其中unit8_t类型的变量是STM32固件库中定义的变量类型。

typedef unsigned          char uint8_t;

可以看到，它的本质是一个无符号的char类型，大小只有一个字节。因为STM32的空间比较小，尽量使用占内存较小的变量。

key.c中的代码

#include "stm32f10x.h"
#include "delay.h"
#include "key.h"

void KEY_Init()
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;//创建GPIO结构体变量
	
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOE|RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);//使能PE和PA组IO口
	
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU;//设置成上拉输入
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_2;//PE4,PE3,PE2引脚，也就是KEY0,KEY1,KEY2按键
	
	GPIO_Init(GPIOE,&GPIO_InitStruct);//按键初始化为上拉输入
	
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPD;//设置为下拉输入
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0;//PA引脚，也就是WK_UP按键
	
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);//按键初始化为下拉输入
}

uint8_t KEY_Scan()
{
	static uint8_t key = 1;//储存键的状态，没有键按下时是1
	if(key&&(KEY0==0|KEY1==0|KEY2==0|WK_UP==1))//是否有键按下
	{
		delay_ms(10);//延时消抖
		if(key&&(KEY0==0|KEY1==0|KEY2==0|WK_UP==1))//是否真的有键按下
		{
			key=0;//有键按下，储存为0
			if(KEY0==0)
				return KEY0_PRES;//KEY0按下
			else if(KEY1==0)
				return KEY1_PRES;//KEY1按下
			else if(KEY2==0)
				return KEY2_PRES;//KEY2按下
			else if(WK_UP==1)//最好加上if，如果只有else的话可除了前面三个键的情况还可能有其他情况干扰WK_UP键的状态
				return WK_UP_PRES;//WK_UP按下
		}
	}
	else if(KEY0==1&&KEY1==1&&KEY2==1&&WK_UP==0)//为了会更加灵敏
		key=1;//没有键按下，储存1
	return 0;//没有键按下，返回0
}

键盘扫描函数的功能就是扫描每个与硬件相连按键的IO口的状况，然后通过这个状况来判断是否有键按下，不同的键按下对应着不同的处理。
注意：
判断按键是否按下时，需要进行消抖处理，通常消抖都是通过延时消抖，还可以采用消抖电路来消抖。
消抖的原因：
由于外界干扰，以及按键上的弹簧产生的机械作用，按键上的电平会在没有人按下的时候发生微小的变化，如果不作消抖处理，CPU就会将这些由其他因素引起的电平变化当作是键输入来处理，这样就产生了BUG，所以我们要进行消抖。
当检测到按键上有电平变化时，进行延时处理，一般10ms就够。如果是其他因素引起的电平变化，10ms之内就电平就会恢复，如果是用户按键导致的电平变化，那么在这10ms内就不会恢复到原来的电平状态，就可以认为是有键输入，并且进行相应的处理。
是不是有个疑问？
如果我在10ms内按下键并松开，是不是CPU就不会当作键输入处理？
是这样的，只要你手速够快，就可以骗过CPU，但是我们平常按键时，按一下并松开的时长肯定会超过10ms的。
让按键更加灵敏

else if(KEY0==1&&KEY1==1&&KEY2==1&&WK_UP==0)

这是判断没有键输入的语句，这种情况是与有键输入的情况对立的。如果写成只有一个else就笼统的概括没有键输入的情况，这样就会导致按键不灵敏，有时候需要按好几次才会出现对应的反应。

main.c中的代码

#include "led.h"
#include "beep.h"

int main()
{
	delay_init();//延时初始化
	
	LED_Init();//led初始化
	
	BEEP_Init();//蜂鸣器初始化
	
	KEY_Init();//按键初始化
	
	while(1)
	{
		uint8_t ret=KEY_Scan();
		if(ret)
		{
			switch(ret)
			{
				case KEY0_PRES:
					LED0=!LED0;
					LED1=!LED1;//同时反转俩个LED灯
					break;
				case KEY1_PRES:
					LED0=!LED0;//反转LED0
					break;
				case KEY2_PRES:
					LED1=!LED1;//反转LED1
					break;
				case WK_UP_PRES:
					beep=!beep;//蜂鸣器状态反转
					break;
			}
		}
		else
			delay_ms(10);//每隔10ms扫描一次键盘
	}
}

当按下右键时，同时控制俩个LED灯的状态发生反转，当按下下键和左键则分别只控制一个LED灯的状态发生反转，当按下上键时，蜂鸣器的状态发生反转。

视频展示

不支持连续按键

上电后，初始化状态是LED灯不亮，蜂鸣器不响，当有键输入后LED以及蜂鸣器的状态会发生改变。
连续按键也就是按着一个键不动的时候，LED以及蜂鸣器的状态不会发生改变，仅作一次键输入处理。

支持连续按

uint8_t KEY_Scan()
{
	static uint8_t key = 1;//储存键的状态，没有键按下时是1
	if(key&&(KEY0==0|KEY1==0|KEY2==0|WK_UP==1))//是否有键按下
	{
		delay_ms(10);//延时消抖
		if(key&&(KEY0==0|KEY1==0|KEY2==0|WK_UP==1))//是否真的有键按下
		{
			//key=0;//有键按下，储存为0
			if(KEY0==0)
				return KEY0_PRES;//KEY0按下
			else if(KEY1==0)
				return KEY1_PRES;//KEY1按下
			else if(KEY2==0)
				return KEY2_PRES;//KEY2按下
			else if(WK_UP==1)//最好加上if，如果只有else的话可除了前面三个键的情况还可能有其他情况干扰WK_UP键的状态
				return WK_UP_PRES;//WK_UP按下
		}
	}
	else if(KEY0==1&&KEY1==1&&KEY2==1&&WK_UP==0)
		key=1;//没有键按下，储存1
	return 0;//没有键按下，返回0
}

支持连续按只需要将key=0注释掉就可以，此时，键是否按下就不会参照前一次按键的状态，一只按照不放就是一只都有键输入处理，就像家里的遥控器调音量一样，按照音量键不放音量就会不停的发生变化。

视频展示

支持连续按键

当连续按键，也就是按着一个键不放的时候，LED灯会有轻微的闪烁，其实LED灯的状态是在不停的连续变化的，由于变化的太快，只能看到轻微的闪烁。当按着控制蜂鸣器的按键不放时，可以听到蜂鸣器的响声不是连续的，而是有一些断续，这也说明蜂鸣器的状态在不停的发生改变，由于改变的太快，只能听到就轻微的间隔。

总结

该实验使用的外设主要就是GPIO，LED灯和蜂鸣器是IO口的输出，按键是IO口的输入，掌握好IO口相关的知识就很容易做出来。